(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロール及び揺動スクロールを有し、前記固定スクロールに対して前記揺動スクロールが回転駆動されることで圧縮室に吸入された冷媒を圧縮する圧縮機構部と、
前記揺動スクロールを駆動する駆動機構部と、
前記圧縮機構部及び前記駆動機構部を収容する密閉容器と、
前記密閉容器の外部から冷媒を前記密閉容器の内部に導入する制御用圧力導入管と、
前記密閉容器の外部から前記密閉容器の内部に液冷媒を導入する、又は、圧縮途中の冷媒を前記密閉容器の外部に戻す接続管と、を有し、
前記固定スクロールには、
前記制御用圧力導入管及び前記接続管が接続される容量制御空間と、
圧縮途中の冷媒が存在する中間圧縮室と前記容量制御空間とを連通する連通孔と、が形成され、
前記容量制御空間に、前記制御用圧力導入管から導入される冷媒の圧力によって前記連通孔を開閉する切替弁を設置した
ことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載のスクロール圧縮機、前記スクロール圧縮機から吐出された冷媒と熱媒体との間で熱交換する放熱器、前記放熱器から流出した冷媒を減圧する減圧機構、及び、前記減圧機構で減圧された冷媒と熱媒体との間で熱交換する蒸発器を配管接続した冷凍サイクルと、
前記放熱器と前記減圧機構との間における流路と前記スクロール圧縮機における圧縮途中過程の圧縮室とを接続するインジェクション回路と、
前記スクロール圧縮機の密閉容器の内部に冷媒を導入する制御用圧力導入管に設置された制御弁と、
前記スクロール圧縮機の密閉容器の内部に液冷媒を導入する、又は、圧縮途中の冷媒を前記密閉容器の外部に戻す接続管から分岐された一方の配管に設置されたインジェクション制御弁と、
前記接続管から分岐された他方の配管に設置された容量制御弁と、を有し、
前記制御弁、前記インジェクション制御弁、及び、前記容量制御弁を制御することによって実行されるインジェクション制御モード、第１容量制御モード、及び、第２容量制御モード、を備え、
前記インジェクション運転モードは、
前記制御弁を閉、前記インジェクション制御弁を開、前記容量制御弁を閉とすることで実行され、
前記第１容量制御モードは、
前記制御弁を開、前記インジェクション制御弁を閉、前記容量制御弁を閉とすることで実行され、
前記第２容量制御モードは、
前記制御弁を閉、前記インジェクション制御弁を閉、前記容量制御弁を開とすることで実行される
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項３】
高圧と低圧の差が所定値以上となる運転が必要となるとき前記インジェクション運転モードが実行され、
要求される負荷が予め設定されている所定値よりも大きいとき前記第１容量制御モードが実行され、
要求される負荷が予め設定されている所定値よりも小さいとき前記第２容量制御モードが実行される
ことを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば空気調和装置、給湯機又は冷凍装置等の冷凍サイクル装置の一構成要素として搭載され、容量制御が可能なスクロール圧縮機及びそのスクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、密閉容器の内部構成によって容量制御を可能にしたスクロール圧縮機が存在する（たとえば、特許文献１参照）。このスクロール圧縮機では、容量制御機構が固定スクロール上面に取り付けられている。容量制御機構を構成している制御用圧力導入管に低圧ガス冷媒が導入されると、切替弁（バイパス弁）が開放されたままとなりアンロード状態となるが、制御用圧力導入管に高圧ガスが導入されると、切替弁が閉塞してフルロード状態となる。アンロード状態、すなわち切替弁の開放状態では、ガス冷媒は、連通孔（バイパスポート）より外側の行程容積分が連通孔（戻し孔）を通ってシェル内の低圧室に排出され、フルロード状態のときよりも少ない行程容積となる。一般的に、フルロード／アンロードの切り替えは、冷媒回路中の電磁弁等を制御することで実行する。
【０００３】
また、圧縮途中過程の中間圧部に、たとえば冷媒回路を構成する受液器内の液冷媒をインジェクションし、蒸発させることで圧縮機の冷却を行ない容量制御を可能にしたスクロール圧縮機が存在する（たとえば、特許文献２参照）。このスクロール圧縮機でも、容量制御機構（インジェクション流路）が固定スクロール上面に取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６１２６３号公報（第５−６頁、第１図）
【特許文献２】特開平１１−１５９４７９号公報（第５頁、第７−８図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２に記載されているようなスクロール圧縮機の構成では、容量制御用の配管やインジェクション流路が個別に固定スクロールに取り付けられるようになっているため、部品点数、機械加工工数、及び、組立加工工数が増加していた。そうすると、複雑化を招き、それらの増加分に相当するコストが必要になり、コストの高騰を招いてしまうことが予想される。
【０００６】
また、特許文献２に記載されているようなスクロール圧縮機の構成では、インジェクション量を制御するための電磁弁等が圧縮機外部に設置されることになるため、インジェクション流路が圧縮室と常に連通した状態となり、圧縮におけるデッドボリュームが増大していた。その結果、運転ロスを増大させてしまう可能性があった。
【０００７】
本発明は、以上のような課題に対応させるためになされたもので、容量制御機構を簡素化してコストの低減を図るとともに、運転ロスの低減を実現するようにしたスクロール圧縮機及びそのスクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るスクロール圧縮機は、固定スクロール及び揺動スクロールを有し、前記固定スクロールに対して前記揺動スクロールが回転駆動されることで圧縮室に吸入された冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記揺動スクロールを駆動する駆動機構部と、前記圧縮機構部及び前記駆動機構部を収容する密閉容器と、前記密閉容器の外部から冷媒を前記密閉容器の内部に導入する制御用圧力導入管と、前記密閉容器の外部から前記密閉容器の内部に液冷媒を導入する、又は、圧縮途中の冷媒を前記密閉容器の外部に戻す接続管と、を有し、前記固定スクロールには、前記制御用圧力導入管及び前記接続管が接続される容量制御空間と、圧縮途中の冷媒が存在する中間圧縮室と前記容量制御空間とを連通する連通孔と、が形成され、前記容量制御空間に、前記制御用圧力導入管から導入される冷媒の圧力によって前記連通孔を開閉する切替弁を設置したことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記のスクロール圧縮機、前記スクロール圧縮機から吐出された冷媒と熱媒体との間で熱交換する放熱器、前記放熱器から流出した冷媒を減圧する減圧機構、及び、前記減圧機構で減圧された冷媒と熱媒体との間で熱交換する蒸発器を配管接続した冷凍サイクルと、前記放熱器と前記減圧機構との間における流路と前記スクロール圧縮機における圧縮途中過程の圧縮室とを接続するインジェクション回路と、前記スクロール圧縮機の密閉容器の内部に冷媒を導入する制御用圧力導入管に設置された制御弁と、前記スクロール圧縮機の密閉容器の内部に液冷媒を導入する、又は、圧縮途中の冷媒を前記密閉容器の外部に戻す接続管から分岐された一方の配管に設置されたインジェクション制御弁と、前記接続管から分岐された他方の配管に設置された容量制御弁と、を有し、前記制御弁、前記インジェクション制御弁、及び、前記容量制御弁を制御することによって実行されるインジェクション制御モード、第１容量制御モード、及び、第２容量制御モード、を備え、前記インジェクション運転モードは、前記制御弁を閉、前記インジェクション制御弁を開、前記容量制御弁を閉とすることで実行され、前記第１容量制御モードは、前記制御弁を開、前記インジェクション制御弁を閉、前記容量制御弁を閉とすることで実行され、前記第２容量制御モードは、前記制御弁を閉、前記インジェクション制御弁を閉、前記容量制御弁を開とすることで実行されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るスクロール圧縮機によれば、容量制御手段及び冷媒インジェクション手段を共通の回路で構成することが可能になり、部品点数、機械加工工数、組立加工工数が削減でき、コストの低減が実現できる。
【００１１】
本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、冷凍サイクルの構成要素の１つとして上記の圧縮機を備えているので、高効率な運転を広い範囲に渡って維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機の構成例を概略的に示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機の固定スクロールを上から見た状態を概略的に示す平面図である。
【図３】従来から存在する容量制御機構を備えたスクロール圧縮機の構成例を概略的に示す部分構成図である。
【図４】従来から存在するインジェクション可能なスクロール圧縮機の構成例を概略的に示す部分構成図である。
【図５】圧縮機の運転制御モードと、各制御弁の状態と、の関係を説明するための説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成を概略化して示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機（以下、圧縮機１００と称する）の構成例を概略的に示す構成図である。図２は、固定スクロール１を上から見た状態を概略的に示す平面図である。図１及び図２に基づいて、圧縮機１００の構成及び動作について説明する。なお、図１には、冷媒の流れを破線で表している。また、図１には、冷凍機油の流れを実線矢印で表している。
【００１４】
圧縮機１００は、スクロールの形状にて圧縮率が決定するスクロール方式を使用した圧縮機である。この圧縮機１００は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和機、冷凍装置、給湯器等の冷凍サイクル装置の一構成要素となり、冷凍サイクルを循環する冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態として吐出させるものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
【００１５】
圧縮機１００は、圧力容器であるシェル（密閉容器）１４内に圧縮機構部５０及び駆動機構部６０を収納して構成されている。圧縮機構部５０がシェル１４の上側に配置され、駆動機構部６０がシェル１４の下側に配置される。シェル１４の底部は、冷凍機油を貯留する油溜め１７となっている。シェル１４には、外部の冷媒をシェル１４内に取り込む吸入管１５と、圧縮された冷媒をシェル１４外に吐き出す吐出管１６と、が接続されている。
【００１６】
また、シェル１４には、圧縮途中過程の中間圧縮室４ａ（この中間圧縮室４ａの形成位置は連通孔２３の形成位置によって任意に決定すればよい）に冷媒をインジェクションする接続管２６が接続されている。この接続管２６は、後述する固定スクロール１に形成されている容量制御空間３０に連通される。さらに、シェル１４には、シェル１４の外部から冷媒を取り入れる制御用圧力導入管２５が接続されている。この制御用圧力導入管２５は、容量制御空間３０に連通される。なお、接続管２６及び制御用圧力導入管２５は、ろう付けや溶接手段等によってシェル１４に取り付けられている。また、容量制御空間３０には、切替弁２４がボルト等の固定部材で固定されている。切替弁２４は、バネ等で上方に付勢されている。
【００１７】
制御用圧力導入管２５は、圧縮機１００の外部に延設され、冷凍サイクルの一部に接続している。圧縮機１００の外部における制御用圧力導入管２５には、制御弁２７が設置されている。接続管２６は、圧縮機１００の外部に延設され、分岐した後、冷凍サイクルの一部に接続している。接続管２６の分岐されたそれぞれの配管には、インジェクション制御弁２８、容量制御弁２９が設置されている。制御弁２７、インジェクション制御弁２８、及び、容量制御弁２９は、電磁弁等で構成されて、図示省略の制御装置で開閉が制御されることで、冷媒を導通したりしなかったりするものである。
【００１８】
圧縮機構部５０は、駆動機構部６０により駆動され、吸入管１５から吸入した冷媒ガスを圧縮してシェル１４内の吐出空間３１に吐出ポート３２を介して排出する機能を有している。この圧縮機構部５０は、固定スクロール１と、揺動スクロール２と、オルダム継手６と、で概略構成されている。なお、吐出空間３１は、圧縮機１００内部の上方空間に形成されており、高圧空間となっている。そして、吐出空間３１に排出された冷媒ガスは、吐出空間３１に連通している吐出管１６から圧縮機１００の外部に吐出されることになる。
【００１９】
固定スクロール１は、シェル１４内に固定支持されているフレーム５に図示省略のボルト等によって固定されている。また、固定スクロール１は、鏡板１ａと、鏡板１ａの一方の面（たとえば紙面下側の面）に立設されたインボリュート曲線形状の渦巻状突起であるラップ部１ｂと、を有している。さらに、固定スクロール１の中央部には、圧縮され、高圧となった冷媒ガスを吐出する吐出ポート３２が形成されている。固定スクロール１の鏡板１ａの上面（ラップ部１ｂ形成面とは反対側の面）には、上述した容量制御空間３０が形成されている。なお、容量制御空間３０は、固定スクロール１の鏡板１ａの上面に取り付けられたカバー３５で覆われている。
【００２０】
また、固定スクロール１の鏡板１ａには、容量制御空間３０と中間圧縮室４ａとを連通させる連通孔２３が形成されている。この連通孔２３は、たとえば図２に示すように２カ所に形成するとよい。さらに、固定スクロール１の鏡板１ａの内部には、２つの連通孔２３を連結させるための連結孔２３ａが形成されている。容量制御空間３０には、切替弁２４を固定するための台座１ｃのようなものを形成しておくとよい。なお、容量制御空間３０に直接連通している連通孔２３を、便宜的に連通孔２３ｂと称して説明するものとする。
【００２１】
揺動スクロール２は、オルダム継手６によって固定スクロール１に対して自転運動することなく公転旋回運動を行なうようになっている。揺動スクロール２は、鏡板２ａと、鏡板２ａの一方の面（紙面上側の面）に立設されたインボリュート曲線形状の渦巻状突起であるラップ部２ｂと、を有している。また、揺動スクロール２のラップ部２ｂの形成面とは反対側の面（以下、スラスト面と称する）の略中心部には、中空円筒形状の揺動スクロールボス部２ｃが形成されている。この揺動スクロールボス部２ｃには、後述するクランク軸３の上端に設けられた偏心ピン部３ａが嵌入（係合）される。
【００２２】
そして、固定スクロール１と揺動スクロール２とは、ラップ部１ｂとラップ部２ｂとを互いに噛み合わせるようにして嵌合し、シェル１４内に装着される。そして、ラップ部１ｂとラップ部２ｂとの間には、相対的に容積が変化する圧縮室４が形成される。オルダム継手６は、揺動スクロール２のスラスト面に配設され、揺動スクロール２の偏心旋回運動中における自転運動を阻止するために機能する。すなわち、オルダム継手６は、揺動スクロール２の自転運動を阻止するとともに、公転旋回運動を可能とする機能を果たすようになっている。
【００２３】
駆動機構部６０は、圧縮機構部５０で冷媒ガスを圧縮するために、揺動スクロール２を駆動する機能を果たすようになっている。つまり、駆動機構部６０がクランク軸３を介して揺動スクロール２を駆動することによって、圧縮機構部５０で冷媒ガスを圧縮するようになっている。駆動機構部６０は、クランク軸３に圧入等で固定されたモータ・ローター９と、シェル１４に固着保持されたモータ・ステーター１３と、で概略構成されている。モータ・ローター９は、クランク軸３に固定され、モータ・ステーター１３への通電が開始することにより回転駆動し、クランク軸３を回転させるようになっている。また、モータ・ステーター１３の外周面は焼き嵌め等によりシェル１４に固着支持されている。
【００２４】
駆動機構部６０の上方及び下方には、モータ室上部空間２１及びモータ室下部空間２２が形成される。また、モータ・ローター９の下面（モータ・ローター９のモータ室下部空間２２に位置する面）には、第２バランサー１１が取り付けられている。第２バランサー１１は、モータ・ローター９とともに回転して、この回転に対しての質量バランス（その静的及び動的釣合わせ）をとる機能を有している。なお、第２バランサー１１は、ネジ等でモータ・ローター９の下面に取り付けられる。
【００２５】
クランク軸３は、作用するガス荷重に対し、許容撓み量を確保できる剛性をもち、切削性が良好であって、低コスト化できる材料を選定して構成するとよい。クランク軸３の上端部は、揺動スクロール２の揺動スクロールボス部２ｃと回転自在に嵌合する偏心ピン部３ａが形成されている。また、クランク軸３の内部には、油溜め１７に貯留してある冷凍機油の流路となる給油流路３ｂが形成されている。そうすれば、油溜め１７に溜まっている冷凍機油を、クランク軸３の回転に伴って駆動するオイルポンプ１８によって吸い上げ、圧縮機構部５０に給油することが可能になる。
【００２６】
また、クランク軸３のモータ室上部空間２１に位置する部分には、第１バランサー１０が取り付けられている。第１バランサー１０は、クランク軸３とともに回転して、この回転に対しての質量バランス（静的及び動的釣合わせ）をとる機能を有している。また、第１バランサー１０は、フレーム５の下面に取り付けられているバランサカバー１２によって覆われるようになっている。なお、第１バランサー１０は、ネジ等でクランク軸３に取り付けられる。
【００２７】
シェル１４には、シェル１４の内周面に外周面が焼き嵌めや溶接等によって固着され、固定スクロール１を支持するとともに、中心部に形成された貫通孔を介してクランク軸３を回転可能に支持するフレーム５が設置されている。このフレーム５は、揺動スクロール２を回転可能に支持する機能も有している。フレーム５の貫通穴には、クランク軸３を回転自在に支持する主軸受３６が設けられている。フレーム５は、クランク軸３の上方部分を支持するように、シェル１４内の上方に設置されるようになっている。また、フレーム５には、モータ室上部空間２１に存在する冷媒ガスを圧縮室４に導く吸入口５ａが形成されている。
【００２８】
また、シェル１４には、シェル１４の内周面に外周面が焼き嵌めや溶接等によって固着され、中心部に形成された貫通孔を介してクランク軸３を回転可能に支持する第２フレーム１９が設置されている。第２フレーム１９の貫通穴には、クランク軸３を回転自在に支持するベアリング２０が設けられている。第２フレーム１９は、クランク軸３の下方部分を支持するように、シェル１４内の下方に設置されるようになっている。また、第２フレーム１９には、容積型のオイルポンプ１８が備わっている。このオイルポンプ１８は、クランク軸３により駆動され、油溜め１７内に貯留されている冷凍機油を吸い上げ、給油流路３ｂを介して圧縮機構部５０や各軸受に給油するようになっている。
【００２９】
駆動機構部６０の外周側には、冷凍機油を油溜め１７に戻すための排油管７が設けられている。この排油管７は、ろう付け又は溶接手段によって排油管固定板８に取り付けられている。排油管固定板８は、フレーム５の下面にボルト等で取り付けられている。また、フレーム５の下面には、バランサカバー１２がボルト等で取り付けられている。
【００３０】
圧縮機１００の動作を簡単に説明する。
［基本動作］
モータ・ステーター１３に通電されると、モータ・ローター９は、モータ・ステーター１３が発生する回転磁界からの回転力を受けて回転する。それに伴って、モータ・ローター９に固定され、フレーム５の主軸受及び第２フレーム１９のベアリング２０に支持されたクランク軸３が回転駆動する。クランク軸３の回転運動は、クランク軸３の偏心ピン部３ａ及び揺動スクロールボス部２ｃを介し揺動スクロール２に伝わる。このとき、揺動スクロール２は、オルダム継手６により自転が規制され、公転運動する。ここで、揺動スクロール２は、偏心公転運動をするが、その静的及び動的釣合わせを第１バランサー１０及び第２バランサー１１によって行なっている。
【００３１】
駆動機構部６０の駆動に伴い、冷媒が吸入管１５からシェル１４に吸入され、駆動機構部６０を冷却した後、揺動スクロール２のラップ部２ｂと固定スクロール１のラップ部１ｂにより形成される外周側の圧縮室４に吸入口５ａを介して取り込まれる（図１に示す破線矢印）。圧縮室４内に取り込まれた冷媒は、揺動スクロール２の揺動運動により揺動スクロール２の中心へ移動し、さらに体積が縮小されることにより圧縮される。このとき、スクロールのラップ部形状により圧縮率が幾何学的に決定される。また、中心へ移動する途中の圧縮過程の中間圧縮室４ａに連通孔２３を介して容量制御空間３０が連通されており、この容量制御空間３０に接続管２６が接続される。
【００３２】
そして、圧縮室４で圧縮された冷媒ガスは、高圧の状態となって固定スクロール１に形成されている吐出ポート３２から吐出し、吐出空間３１を経由してから圧縮機１００の外部へと排出される。なお、圧縮された高圧状態の冷媒は、吐出管１６からシェル１４の外部に流出され、冷凍サイクルを循環することになる。その後、モータ・ステーター１３への通電を停止すると、圧縮機１００は停止することになる。
【００３３】
図３は、従来から存在する容量制御機構を備えたスクロール圧縮機（以下、圧縮機Ａと称する）の構成例を概略的に示す部分構成図である。図４は、従来から存在するインジェクション可能なスクロール圧縮機（以下、圧縮機Ｂと称する）の構成例を概略的に示す部分構成図である。図３及び図４に基づいて、圧縮機Ａ及び圧縮機Ｂの特徴的な動作について説明する。なお、圧縮機Ａ及び圧縮機Ｂの圧縮機１００との同一部分には、それぞれ「Ａ」、「Ｂ」を付して表すことにしている。なお、図３及び図４では、冷媒の流れを破線矢印で表している。
【００３４】
［従来の容量制御動作］
圧縮機Ａには、容量制御を可能にする容量制御機構が固定スクロール１Ａの上面側に搭載されている。この容量制御機構は、連通孔２３Ａ、切替弁２４Ａ、制御用圧力導入管２５Ａ、圧縮機Ａの外部における制御用圧力導入管２５Ａに設置される制御弁２７Ａで構成されている。切替弁２４Ａは、バネ等で上方に押し上げられている。したがって、制御用圧力導入管２５Ａに低圧ガスを導入すると、切替弁２４Ａは押し上げられたままとなり、アンロード状態（吐出容量が全容量の約２／３）となる（図３に示す破線矢印Ｘ）。一方、制御用圧力導入管２５Ａに高圧ガスを導入すると、切替弁２４Ａが押し下げられ、フルロード状態（吐出容量が全容量）となる。
【００３５】
アンロード状態、すなわち切替弁２４Ａが開放（押し上げられた）状態では、連通孔２３Ａより外側の行程容積分の冷媒ガスは、連通孔（排出孔）２３ｃを通ってシェル１４内に排出され、フルロード時よりも少ない行程容積となる。フルロード／アンロードの切替えは、冷媒回路中の電磁弁等の制御弁２７Ａによって導入圧力を切り替えることにより行なう。なお、圧縮機１００の固定スクロール１には、連通孔２３ｃが形成されていない。よって、圧縮機Ａにおいては、インジェクション制御動作が実現できない。
【００３６】
［従来のインジェクション制御動作］
圧縮機Ｂは、圧縮途中過程の中間圧縮室４ａＢに冷媒をインジェクションする接続管２６Ｂが接続されている。この接続管２６Ｂは、固定スクロール１Ｂに形成されている連通孔２３Ｂに連通される。この種の圧縮機Ｂでは、冷媒回路内の受液器（たとえば、アキュムレーターやレシーバー等）内の液冷媒を、接続管２６Ｂに導き、中間圧縮室４ａＢに戻し、蒸発させることによって圧縮機Ｂの冷却を行なう。よって、圧縮機Ｂにおいては、容量制御動作が実現できない。なお、圧縮機Ｂの固定スクロール１Ｂには、容量制御空間が形成されていない。
【００３７】
ここから圧縮機１００が実行する運転制御モードについて詳しく説明する。
圧縮機１００は、運転制御モードとして、通常運転制御モード、インジェクション制御モード、第１容量制御モード、第２容量制御モードを備え、条件に応じて実行可能になっている。図５は、圧縮機１００の運転制御モードと、各制御弁（制御弁２７、インジェクション制御弁２８、容量制御弁２９）の状態と、の関係を説明するための説明図である。
【００３８】
［圧縮機１００の通常運転制御モード］
通常運転制御モードを実行する際、図示省略の制御装置は、圧縮機１００の運転開始と同時に制御弁２７を開放、インジェクション制御弁２８を閉じ、容量制御弁２９を閉じる。つまり、制御装置は、高圧冷媒を制御用圧力導入管２５に導き、この高圧冷媒を背圧として切替弁２４に加えることで、通常運転制御モードを実行する。切替弁２４は、高圧冷媒によって閉じるので、連通孔２３は閉塞されることになる。これによって、中間圧縮室４ａと接続管２６との間を閉塞する。つまり、通常運転制御モードでは、フルロード状態で圧縮機１００を運転させる。
【００３９】
［圧縮機１００のインジェクション制御モード］
圧縮機１００の温度が上昇した際、制御装置は、制御弁２７を閉じ、インジェクション制御弁２８を開放し、容量制御弁２９を閉じる。つまり、制御装置は、高圧冷媒を制御用圧力導入管２５に導かないようにする。そうすると、切替弁２４は、高圧が背圧として加わらないために開放されることになる。そのため、連通孔２３は、開放され、容量制御空間３０を介して接続管２６と連通する。そして、インジェクション制御弁２８から液冷媒を中間圧縮室４ａに供給し、そこで蒸発させて圧縮機１００を冷却する。
【００４０】
［圧縮機１００の第１容量制御モード（全負荷制御モード）］
第１容量制御モードを実行する際、制御装置は、制御弁２７を開放、インジェクション制御弁２８を開放し、容量制御弁２９を閉じる。つまり、制御装置は、高圧冷媒を制御用圧力導入管２５に導き、この高圧冷媒を背圧として切替弁２４に加えることで、第１容量制御モードを実行する。切替弁２４は、高圧冷媒によって閉じるので、連通孔２３は閉塞されることになる。これによって、中間圧縮室４ａと接続管２６との間を閉塞する。つまり、中間圧縮室４ａに流入した冷媒が接続管２６を通して冷凍サイクルの低圧側に戻らないようにする。
【００４１】
［圧縮機１００の第２容量制御モード（軽負荷制御モード）］
一方、第２容量制御モードを実行する際、制御装置は、制御弁２７を閉じ、インジェクション制御弁２８を閉じ、容量制御弁２９を開放する。つまり、制御装置は、高圧冷媒を制御用圧力導入管２５に導かないようにする。そうすると、切替弁２４は、高圧が背圧として加わらないために開放されることになる。そのため、連通孔２３は、開放され、容量制御空間３０を介して接続管２６と連通し、容量制御弁２９を通して冷凍サイクルの低圧側へ開放される。これによって、中間圧縮室４ａに流入した冷媒が接続管２６を通して低圧側に排出され、フルロード時よりも少ない行程容積が実現できる。
【００４２】
以上のように構成された圧縮機１００によれば、連通孔２３、切替弁２４、制御用圧力導入管２５及び接続管２６を備えたことによって、通常運転制御モード、インジェクション制御モード、第１容量制御モード及び第２容量制御モードのいずれかを実行することができる。したがって、容量制御手段及び冷媒インジェクション手段を共通の回路で構成することが可能になり、部品点数、機械加工工数、組立加工工数が削減でき、構想を簡素化できるとともにコスト低減も実現できる。また、圧縮機１００によれば、切替弁２４を圧縮機内部に設置する構成を採用しているため、切替弁を冷凍サイクルのいずれかに別途設ける構成のものに比べ、デッドボリュームを少なくでき、運転ロスの低減にもなる。
【００４３】
［冷凍サイクル装置２００］
図６は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置２００の冷媒回路構成を概略化して示す回路構成図である。図６に基づいて、冷凍サイクル装置２００の構成及び動作について説明する。この冷凍サイクル装置２００は、上述した圧縮機１００を冷凍サイクルを構成する要素機器の１つとして備え、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、ショーケース、ヒートポンプ給湯機等に利用されるものである。冷凍サイクル装置２００は、圧縮機１００、凝縮器（放熱器）２０２、減圧機構２０３及び蒸発器２０４を備え、これらを配管２０５で接続して順に冷媒を循環させるようになっている。
【００４４】
圧縮機１００は、基本的には吸入管１５から吸入される冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にし、吐出管１６から吐出するものである。圧縮機１００は、たとえばインバーターにより回転数が制御可能な容量制御タイプで構成する。凝縮器２０２は、圧縮機１００からの吐出冷媒と空気や水等の熱媒体との間で熱交換を行なって冷媒を凝縮液化するものである。減圧機構２０３は、凝縮器２０２から流出した冷媒を減圧して膨張させるものである。減圧機構２０３は、たとえば開度が可変に制御可能な電子式膨張弁等で構成するとよい。蒸発器２０４は、減圧機構２０３で減圧された冷媒と空気や水等の熱媒体との間で熱交換を行なって冷媒を蒸発ガス化するものである。
【００４５】
図６に示すように、制御用圧力導入管２５は、冷凍サイクルの一部である凝縮器２０２の入口側に接続している。この制御用圧力導入管２５には、上述したように制御弁２７が設置されている。接続管２６は、圧縮機１００の外部で分岐した後、一方が冷凍サイクルの一部である凝縮器２０２と減圧機構２０３との間に接続され、他方が冷凍サイクルの一部である蒸発器２０４と圧縮機１００との間に接続される。分岐された後、凝縮器２０２と減圧機構２０３との間に接続される接続管２６には、インジェクション制御弁２８が設置されている。分岐された後、蒸発器２０４と圧縮機１００との間に接続される接続管２６には、容量制御弁２９が設置されている。なお、制御弁２７、インジェクション制御弁２８、容量制御弁２９の動作については上述した通りである。  
【００４６】
冷凍サイクル装置２００には、全体を統括制御できるようなマイクロコンピュータ等で構成された制御装置（図示せず）が搭載されている。この制御装置は、圧縮機１００の駆動周波数制御、減圧機構２０３の開度制御、制御弁２７の開度制御、インジェクション制御弁２８の開度制御、容量制御弁２９の開閉制御等を行なう機能を有している。制御装置は、これらアクチュエーター（たとえば圧縮機１００や減圧機構２０３、制御弁２７、インジェクション制御弁２８、容量制御弁２９等）を制御して、上述した各運転制御モードを実行するようになっている。
【００４７】
冷凍サイクル装置２００には、一般的に使用されているオゾン層破壊係数がゼロであるＨＦＣ冷媒であるＲ４１０ＡやＲ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ等を冷媒として使用することができる。最近では、地球温暖化係数の小さいＲ３２、それを含む混合冷媒を使用してもよい。Ｒ３２や二酸化炭素（ＣＯ2 ）を冷媒として使用する場合、Ｒ４１０ＡやＲ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａに比較して、圧縮機１００から吐出される冷媒の温度が高く、冷媒回路中でシール材として使用される樹脂や冷凍機油が劣化する可能性があるため、冷凍サイクル装置２００によればインジェクション機構を用いて吐出温度を下げることができる。
【００４８】
冷凍サイクル装置２００の基本的な運転時における冷媒の流れを説明する。
圧縮機１００で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器２０２に流入し、凝縮器２０２に供給される熱媒体との熱交換により放熱することで高圧液冷媒となり、凝縮器２０２から流出する。凝縮器２０２から流出した高圧液冷媒は、減圧機構２０３に流入し、減圧されて低圧二相冷媒又は低圧液冷媒となる。減圧機構２０３から流出した低圧の冷媒は、蒸発器２０４に流入し、蒸発器２０４に供給された熱媒体との熱交換により蒸発することで低圧ガス冷媒となり、蒸発器２０４から流出する。蒸発器２０４から流出した低圧ガス冷媒は、再度圧縮機１００に吸入される。
【００４９】
インジェクション機構は、圧縮工程における圧縮途中の中間圧縮室４ａ内に高圧で温度の低い、つまり凝縮器２０２にて冷やされた液冷媒もしくはガス冷媒をインジェクションさせることで、圧縮途中のガス温度を下げる効果がある。それと同時に、高圧で密度の高い冷媒をインジェクションさせることは、中間圧縮室４ａ内の質量を増大させ、圧縮機１００の冷媒量を増加させることにもなる。
【００５０】
また、近年、フロン系低ＧＷＰ冷媒と呼ばれているＨＦＯ１２３４ｙｆやＨＦＯ１２３４ｚｅ、ＨＦＯ１２４３ｚｆなどの組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素や、自然冷媒であるプロパンやプロピレンなどの炭化水素、若しくはそれらを含む混合物を冷媒として使用する場合、冷媒循環量を大きくする必要があり、大容量の圧縮機での対応となる。大容量の圧縮機では、負荷が小さくて済む運転、つまり冷媒循環量の小さな運転をする時には、駆動回転数を下げることで可能となるが、各軸受での最低限必要な潤滑油を供給できる限界までしか駆動回転数を下げることができない。そのため、中間圧縮室４ａの途中と圧縮機１００の吸入管１５側へバイパスする第２容量制御モードは、冷媒循環量を小さくするためには有効である。
【００５１】
ここから冷凍サイクル装置２００が実行する運転モードについて詳しく説明する。冷凍サイクル装置２００は、上述した通常運転制御モード、インジェクション制御モード、第１容量制御モード、第２容量制御モードを条件に応じて選択し、実行できるようになっている。
【００５２】
冷凍サイクル装置２００が実行する上記の各運転モードの切り替えの一例について説明する。
（１）通常運転制御モード
冷凍サイクル装置２００では、冷凍サイクル装置２００の起動時を含め、通常、通常運転制御モードで運転が実行される。
【００５３】
（２）インジェクション制御モード
高圧力差運転（高圧と低圧の差が所定値以上となる運転）が必要となる条件のとき、たとえば冷蔵・冷凍や暖房・給湯運転時に運転されるモードである。このような条件のときは、比較的低圧圧力が低くなり、冷媒循環量が少なくなる。このとき、冷凍サイクル装置２００では、冷媒循環量を多くするために圧縮機１００の駆動回転数が大きくなり、また高圧縮比運転のために吐出温度が高くなる。そこで、冷凍サイクル装置２００は、インジェクション運転モードを選択し、実行する。
【００５４】
インジェクション運転モードでは、圧縮機１００からの吐出冷媒温度が１００〜１５０℃を超えないようにするため、圧縮過程途中の中間圧縮室４ａに密度が高く、温度の低い冷媒を過給する。こうすることで、吐出温度と冷媒循環量を最適に調整することができる。なお、圧縮機１００からの吐出冷媒温度は、吐出管１６の近傍に取り付けた温度センサー（図示せず）等で検知すればよい。
【００５５】
（３）第１容量制御モード
要求される負荷が大きい（要求される負荷が予め設定されている所定値よりも大きい）条件のとき、たとえば１台の室外機に対し複数台の室内機が接続されるマルチ空調機等において、全部の室内機が運転されるようなときに運転されるモードである。そこで、冷凍サイクル装置２００では、第１容量制御モードを選択し、実行する。第１容量制御モードを選択することによって、フルロード運転が可能になり、負荷が大きい条件のときにも対応することができることになる。なお、アクチュエーターの制御としては、通常運転制御モードと同様である。
【００５６】
（４）第２容量制御モード
要求される負荷が非常に小さい（要求される負荷が予め設定されている所定値よりも小さい）条件のとき、たとえば１台の室外機に対し複数台の室内機が接続されるマルチ空調機等において、室内機が１台のみ運転されるようなときに運転されるモードである。このような条件のときは、圧縮比が低くなり、比較的低圧圧力が高くなり、冷媒循環量が多くなる。このとき、冷凍サイクル装置２００では、冷媒循環量を少なくするために圧縮機１００の駆動回転数が小さくなる。ただし、圧縮機１００の各軸受での最低限必要な潤滑油を供給できる限界までしか圧縮機１００の駆動回転数を小さくすることができない。また、それを避けるため圧縮機１００を停止すると、起動するまでの時間を多く要したり、起動時の消費電力が大きかったりすることでなるべく運転を継続する必要がある。
【００５７】
そこで、冷凍サイクル装置２００では、第２容量制御モードを選択し、実行する。第２容量制御モードを選択することによって、中間圧縮室４ａの途中から冷媒を圧縮することになり、負荷が非常に小さい条件のときにも圧縮機１００の運転を継続しつつ冷媒循環量を少なくすることができることになる。
【００５８】
以上のように、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置２００によれば、冷凍サイクルの構成要素の１つとして圧縮機１００を備えているので、高効率な運転を広い範囲に渡って維持することが可能になる。つまり、冷凍サイクル装置２００によれば、さまざまな負荷に対応した最適な運転状態を容易に得ることができる。
【００５９】
なお、冷媒の温度や圧力、外気温、シェル１４の温度等を検知可能な温度センサーや圧力センサーを設置しておき、それらの情報に基づいて制御装置が運転モードを選択可能にしておくとよい。また、Ｒ３２などのフロン系低ＧＷＰ冷媒を使用する場合、吐出温度が従来の冷媒に比較して高くなるため、冷凍サイクル内に使用されるシール材、摺動部材や冷凍機油の温度劣化防止のためや摺動クリアランスの確保のため吐出温度が上昇しすぎないようにする必要があるが、冷凍サイクル装置２００によれば、インジェクション制御モードを備えているので中間圧縮室４ａ内に冷たい冷媒を過給（注入）することができ、吐出温度の過昇が抑制できる。
【００６０】
また、ＨＦＯ１２３４ｙｆなどのフロン系低ＧＷＰ冷媒や、プロパンなどの炭化水素系自然冷媒を使用する場合、従来と同等以上の冷凍能力や暖房能力、あるいは効率を得るためには、冷媒の圧縮率を幅広くとる必要があり、さらには大きな冷媒循環量が必要になるが、冷凍サイクル装置２００によれば、第２容量制御モードを備えているので、圧力損失の低減を図ることが可能になる。
【符号の説明】
【００６１】
１  固定スクロール、１Ａ  固定スクロール、１Ｂ  固定スクロール、１ａ  鏡板、１ｂ  ラップ部、１ｃ  台座、２  揺動スクロール、２ａ  鏡板、２ｂ  ラップ部、２ｃ  揺動スクロールボス部、３  クランク軸、３ａ  偏心ピン部、３ｂ  給油流路、４  圧縮室、４ａ  中間圧縮室、４ａＢ  中間圧縮室、５  フレーム、５ａ  吸入口、６  オルダム継手、７  排油管、８  排油管固定板、９  モータ・ローター、１０  第１バランサー、１１  第２バランサー、１２  バランサカバー、１３  モータ・ステーター、１４  シェル、１５  吸入管、１６  吐出管、１７  油溜め、１８  オイルポンプ、１９  第２フレーム、２０  ベアリング、２１  モータ室上部空間、２２  モータ室下部空間、２３  連通孔、２３Ａ  連通孔、２３Ｂ  連通孔、２３ａ  連結孔、２３ｂ  連通孔、２３ｃ  連通孔、２４  切替弁、２４Ａ  切替弁、２５  制御用圧力導入管、２５Ａ  制御用圧力導入管、２６  接続管、２６Ｂ  接続管、２７  制御弁、２７Ａ  制御弁、２８  インジェクション制御弁、２９  容量制御弁、３０  容量制御空間、３１  吐出空間、３２  吐出ポート、３５  カバー、３６  主軸受、５０  圧縮機構部、６０  駆動機構部、１００  スクロール圧縮機、２００  冷凍サイクル装置、２０２  凝縮器、２０３  減圧機構、２０４  蒸発器、２０５  配管、Ａ  圧縮機、Ｂ  圧縮機。
【図１】
0005615210.tif 000002
【図２】
0005615210.tif 000003
【図３】
0005615210.tif 000004
【図４】
0005615210.tif 000005
【図５】
0005615210.tif 000006
【図６】
0005615210.tif 000007